DE102014103494A1

DE102014103494A1 - Verfahren und Systeme zur kontinuierlichen Kalibrierung von Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten und -messeinrichtungen

Info

Publication number: DE102014103494A1
Application number: DE201410103494
Authority: DE
Inventors: John James Dougherty
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: Abb SpA It
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2014-09-18
Anticipated expiration: 2034-03-15
Also published as: DE102014103494B4; US20140278179A1; US9488714B2; CN104049227A; CN104049227B

Abstract

Ein Computer (105) zur kontinuierlichen Kalibrierung von Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten (205) und -messeinrichtungen weist einen Prozessor (115) und eine Speichervorrichtung (110) auf. Der Computer ist eingerichtet, um Stromkreisunterbrecherstromdaten von mehreren Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten anzufordern und zu empfangen (410). Die Stromkreisunterbrecherstromdaten repräsentieren den Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten zugeordnete Stromdaten. Der Computer ist konfiguriert, um Hauptstromdaten von einer Hauptauslöseeinheit zu empfangen (420). Der Computer ist konfiguriert, um auf der Basis der Stromkreisunterbrecherstromdaten und der Hauptstromdaten mehrere Kalibrierungsfaktoren für die Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten zu bestimmen (430). Der Computer ist außerdem konfiguriert, um die Kalibrierungsfaktoren zu den Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten zu übermitteln (440).

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Das Gebiet der Erfindung betrifft allgemein computerimplementierte Programme und insbesondere computerimplementierte Systeme für kontinuierliche Kalibrierung von Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten und -messeinrichtungen.
Viele bekannte Verfahren und Systeme zum Stromkreisschutz erfordern eine Überwachung des durch den Stromkreis fließenden Stroms. Solche Verfahren und Systeme verwenden an vielfältigen Verzweigungsstellen in der Hierarchie des Stromkreises Überwachungsvorrichtungen, die als Auslöseeinheiten oder Messeinrichtungen bekannt sind. Eine genaue Überwachung des durch den Stromkreis fließenden Stroms durch die Auslöseeinheiten ist wichtig, um den Stromkreis zu schützen.
Viele bekannte Auslöseeinheiten werden auf unteren Ebenen der Hierarchie weniger genau. Z.B. ist die Genauigkeit einer Auslöseeinheit, die einen Strom für eine Einspeise- oder Abzweigungsunterbrecher erfasst, im Allgemeinen niedrigerer als die Genauigkeit einer Überwachungsvorrichtung, die einen Strom für eine Auslöseeinheit erfasst, die in einem Hauptromkreis angeordnet ist. Solche Auslöseeinheiten unterer Ebenen sind aus vielfältigen Gründen weniger genau. Zuerst kann auf unteren Ebenen in der Stromkreishierarchie ein Mangel an physischem Raum genauere Sensoren ausschließen. Genauere Sensoren können einfach mehr Platz erfordern als zulässig. Zweitens können Sensoren mit hoher Genauigkeit teuer und deshalb für untere niedrigere Ebenen, in denen eine größere Anzahl von Auslöseeinheiten erforderlich ist, schwierig vorzusehen sein. Drittens kann sich die Genauigkeit von Sensoren von Auslöseeinheiten unterer Ebenen mit der Zeit verändern.
Infolgedessen können viele bekannte Auslöseeinheiten den Strom auf unteren Ebenen der Stromkreishierarchie nicht genau erfassen. In vielen bekannten Systemen und Verfahren haben Auslöseeinheiten Fehlerbereiche, die durch eine Prozentangabe die Zuverlässigkeit der Messungen einer bestimmten Auslöseeinheit anzeigen. Trotz dieser Informationen ist die genaue Auflösung des Stroms bei Auslöseeinheiten unterer Ebenen immer noch schwierig zu bestimmen. Erstens ist der Strom lediglich innerhalb eines durch den Fehlerbereich gegebenen Bereichs bekannt. Zweitens kann sich der Fehlerbereich im Laufe der Zeit verändern.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In einem Aspekt ist ein computerimplementiertes System geschaffen. Das System enthält mehrere Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten, die mit mehreren Stromkreisunterbrecherauslösevorrichtungen gekoppelt sind. Die Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten sind eingerichtet, um einen Strom zu überwachen, der den Stromkreisunterbrecherauslösevorrichtungen zugeordnet ist. Das System enthält ferner eine Hauptauslöseeinheit, die einer Hauptauslösevorrichtung zugeordnet ist. Die Hauptauslösevorrichtung ist mit den mehreren Stromkreisunterbrecherauslösevorrichtungen elektrisch verbunden. Die Hauptauslöseeinheit ist mit den mehreren Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten kommunikationsmäßig verbunden. Die Hauptauslöseeinheit ist eingerichtet, um einen der Hauptauslösevorrichtung zugeordneten Strom zu überwachen. Das System enthält ferner eine vernetzte Computervorrichtung, die der Hauptauslöseeinheit zugeordnet ist. Die vernetzte Computervorrichtung steht in vernetzter Kommunikationsverbindung mit der Hauptauslöseeinheit und den mehreren Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten. Die vernetzte Computervorrichtung enthält einen Prozessor und eine Speichervorrichtung, die mit dem Prozessor verbunden ist. Die vernetzte Computervorrichtung ist eingerichtet, um Stromkreisunterbrecherstromdaten von den mehreren Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten anzufordern und zu empfangen. Die Stromkreisunterbrecherstromdaten repräsentieren den Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten zugeordnete Stromdaten während eines Erfassungsintervalls. Die vernetzte Computervorrichtung ist ferner eingerichtet, um von der Hauptauslöseeinheit Hauptstromdaten zu empfangen, die der Hauptauslöseeinheit zugeordnete Stromdaten während eines Erfassungsintervalls repräsentieren. Die vernetzte Computervorrichtung ist ferner eingerichtet, um basierend auf den Stromkreisunterbrecherstromdaten und den Hauptstromdaten mehrere Kalibrierungsfaktoren zu bestimmen, die den Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten zugeordnet sind. Die Kalibrierungsfaktoren repräsentieren eine Abweichung zwischen Stromkreisunterbrecherstromdaten, die einer bestimmten Stromkreisunterbrecherauslöseeinheit zugeordnet sind, und einem abgeleiteten Strom, der der bestimmten Stromkreisunterbrecherauslöseeinheit zugeordnet ist. Die vernetzte Computervorrichtung ist außerdem eingerichtet, um die Kalibrierungsfaktoren an die Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten zu übermitteln.
In einem weiteren Aspekt ist ein computergestütztes Verfahren geschaffen. Das computergestützte Verfahren wird durch eine vernetzte Computervorrichtung durchgeführt. Die vernetzte Computervorrichtung enthält einen Prozessor. Die Computervorrichtung enthält ferner eine Speichervorrichtung, die mit dem Prozessor verbunden ist. Die vernetzte Computervorrichtung steht in Kommunikationsverbindung mit einer Hauptauslöseeinheit und mehreren Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten. Die Hauptauslöseeinheit ist eingerichtet, um einen Strom zu überwachen, der einer Hauptauslösevorrichtung zugeordnet ist. Die mehreren Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten sind eingerichtet, um einen Strom zu beobachten, der mehreren Stromkreisunterbrecherauslösevorrichtungen zugeordnet ist. Das Verfahren enthält ein Anfordern und Empfangen von Stromkreisunterbrecherstromdaten von den Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten. Die Stromkreisunterbrecherstromdaten repräsentieren den Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten zugeordnete Stromdaten während eines Erfassungsintervalls. Das Verfahren enthält ferner ein Empfangen von Hauptstromdaten, die der Hauptauslösevorrichtung zugeordnete Daten während des Erfassungsintervalls repräsentieren, von der Hauptauslöseeinheit. Das Verfahren enthält ferner ein Bestimmen mehrerer Kalibrierungsfaktoren, die den Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten zugeordnet sind, auf der Basis der Stromkreisunterbrecherstromdaten und der Hauptstromdaten. Die Kalibrierungsfaktoren repräsentieren eine Abweichung zwischen Stromkreisunterbrecherstromdaten, die einer bestimmten Stromkreisunterbrecherauslöseeinheit zugeordnet sind, und einem abgeleiteten Strom, der der bestimmten Stromkreisunterbrecherauslöseeinheit zugeordnet ist. Das Verfahren enthält außerdem ein Übermitteln der Kalibrierungsfaktoren an die Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten.
In einem weiteren Aspekt ist ein Computer geschaffen. Der Computer enthält einen Prozessor. Der Computer enthält ferner eine Speichervorrichtung, die mit dem Prozessor gekoppelt ist. Der Computer ist eingerichtet, um Stromkreisunterbrecherstromdaten von mehreren Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten anzufordern und zu empfangen. Die Stromkreisunterbrecherstromdaten repräsentieren den Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten zugeordnete Stromdaten während eines Erfassungsintervalls. Der Computer ist ferner eingerichtet, um Hauptstromdaten von einer Hauptauslöseeinheit zu empfangen. Die Hauptstromdaten repräsentieren Stromdaten, die einer zugehörigen Hauptauslösevorrichtung zugeordnet sind, während des Erfassungsintervalls. Der Computer ist ferner eingerichtet, um auf der Basis der Stromkreisunterbrecherstromdaten und der Hauptstromdaten mehrere den Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten zugeordnete Kalibrierungsfaktoren zu bestimmen. Die Kalibrierungsfaktoren repräsentieren eine Abweichung zwischen Stromkreisunterbrecherstromdaten, die einer bestimmten Stromkreisunterbrecherauslöseeinheit zugeordnet sind, und einem abgeleiteten Strom, der der bestimmten Stromkreisunterbrecherauslöseeinheit zugeordnet ist. Der Computer ist zusätzlich eingerichtet, um die Kalibrierungsfaktoren an die Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten zu übermitteln.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und weitere Faktoren, Aspekte und Vorteile werden besser verstanden, wenn die folgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in denen gleiche Bezeichnungen gleiche Teile in allen Zeichnungen repräsentieren, worin zeigen:
1 ist eine schematische Ansicht einer beispielhaften Computervorrichtung, die für eine fortlaufende Kalibrierung von Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten und -messeinrichtungen verwendet werden kann;
2 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Energieverteilungssystems, das mehrere Stromkreisschutzvorrichtungen aufweist, die mit der Computervorrichtung nach 1 verwendet werden können;
3 ist ein Diagramm eines beispielhaften Systems zur Kalibrierung einer die Computervorrichtung nach 1 verwendenden Stromkreisschutzvorrichtung, die in dem Energieverteilungssystem nach 2 verwendet werden kann; und
4 ist ein Verfahren, das von der Computervorrichtung nach 1 in einer vernetzten Konfiguration für eine fortlaufende Kalibrierung von Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten und -messeinrichtungen in dem in 2 gezeigten Energieverteilungssystem verwendet wird.
Wenn nicht anders angezeigt, sollen die hierin bereitgestellten Zeichnungen die hauptsächlichen erfinderischen Merkmale der Erfindung veranschaulichen. Es wird davon ausgegangen, dass diese hauptsächlichen erfinderischen Merkmale in vielfältigen Systemen anwendbar sind, die eine oder mehrere Ausführungsformen der Erfindung aufweisen. Somit ist nicht beabsichtigt, dass die Zeichnungen alle herkömmlichen Merkmale enthalten, von denen Fachleute wissen, dass diese für die Ausführung der Erfindung notwendig sein können.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren ermöglichen eine kontinuierliche Kalibrierung von Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten und -messeinrichtungen, indem sie Stromdaten von einer Hauptauslöseeinheit und damit im Zusammenhang stehenden Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten aus einem Erfassungsintervall verwenden, um Kalibrierungsfaktoren für die Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten zu bestimmen. Die Kalibrierungsfaktoren repräsentieren eine Korrektur zwischen dem Strom, der von einer gegebenen Stromkreisunterbrecherauslöseeinheit gemeldet wird, und einem unter Verwendung einer externen Validierung abgeleiteten Strom der Stromkreisunterbrecherauslöseeinheit. Die externe Validierung bezieht sich in diesem Beispiel auf ein Verfahren zur Verwendung anderer Stromdaten zur Bestimmung eines abgeleiteten Stroms für eine vorgegebene Stromkreisunterbrecherauslöseeinheit. Durch die Verwendung von Daten der Hauptauslöseeinheit, die bekanntermaßen den Gesamtstrom repräsentieren, der von der Summe aller Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten empfangen wird, und wenigstens eines Algorithmus kann ein Gleichungssystem erzeugt und gelöst werden, für welches die Summe aller Stromdaten der kalibrierten Stromkreisunterbrechereinheiten den Stromdaten der Hauptauslöseeinheit gleicht. Bei ausreichender Datenmenge und über eine hinreichende Zeitdauer hinweg können genaue Kalibrierungsfaktoren für die Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten bestimmt werden.
Die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren erleichtern eine fortlaufende Kalibrierung von Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten und -messeinrichtungen. Technische Effekte der hierin beschriebenen Ausführungsformen enthalten wenigstens eines der folgenden: (a) Anfordern und Empfangen von Stromkreisunterbrecherstromdaten, die Stromdaten repräsentieren, die mit den Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten im Zusammenhang stehen, von mehreren Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten (b) Empfangen von Hauptstromdaten, die Stromdaten repräsentieren, die mit der Hauptauslösevorrichtung im Zusammenhang stehen, von der Hauptauslöseeinheit; (c) Bestimmen von Kalibrierungsfaktoren, die mit den Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten im Zusammenhang stehen, auf der Basis der Stromkreisunterbrecherstromdaten und der Hauptstromdaten, wobei die Kalibrierungsfaktoren eine Abweichung zwischen den Stromkreisunterbrecherstromdaten im Zusammenhang mit einer bestimmten Stromkreisunterbrecherauslöseeinheit und einem abgeleiteten Strom im Zusammenhang mit der bestimmten Stromkreisunterbrecherauslöseeinheit repräsentieren; und (d) übermitteln der Kalibrierungsfaktoren an die Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten.
In der folgenden Beschreibung und den Ansprüchen wird auf eine Vielzahl von Begriffen Bezug genommen, die mit folgender Bedeutung definiert sein sollen.
Die Singularformen „ein“, „eine“ und „der“, „die“, „das“ sollen eine Mehrzahl einschließen, wenn der Zusammenhang nicht ausdrücklich was anderes aussagt.
„Optional“ bedeutet, dass das nachstehend beschriebene Ereignis oder der nachstehend beschriebene Umstand stattfinden kann oder nicht und dass die Beschreibung sowohl die Fälle einschließt, in denen das Ereignis stattfindet, als auch diejenigen, in denen es nicht stattfindet.
Wie hierin beschrieben, soll der Begriff “nicht-flüchtiges computerlesbares Medium“ stellvertretend für alle materiellen computerbasierten Vorrichtungen stehen, die mit einem beliebigen Verfahren oder in einer beliebigen Technologie für kurzfristige und langfristige Speicherung von Informationen, z.B. computerlesbarer Anweisungen, Datenstrukturen, Programmmodule und Submodule oder anderer Daten, in einer beliebigen Vorrichtung implementiert sind. Folglich können die hierin beschriebenen Verfahren als ausführbare Anweisungen kodiert sein, die in einem materielle, nicht-flüchtige, von einem Rechner lesbaren Medium, einschließlich, ohne Beschränkung, eines Massenspeichers und/oder einer Speichervorrichtung, enthalten sind. Solche Anweisungen, wenn sie durch den Prozessor ausgeführt werden, veranlassen den Prozessor wenigstens einen Teil der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Darüber hinaus schließt der Begriff „nicht-flüchtiges computerlesbares Medium“ ohne Beschränkung alle materiellen, computerlesbaren Medien ein, zu denen einschließlich, ohne Beschränkung, nicht-flüchtige Computer-Speichervorrichtungen, einschließlich, ohne Beschränkung, flüchtiger und nicht-flüchtiger Medien, und entfernbare und nicht-entfernbare Medien, z.B. Firmware, physikalischer und virtueller Speicher, CD-ROMs, DVDs und beliebige digitale Quellen, wie z.B. ein Netzwerk oder das Internet, sowie noch zu entwickelnde digitale Mittel gehören, wobei die einzige Ausnahme eines sich ausbreitendes vorübergehendes Signal bildet.
In dem hierin verwendeten Sinne sind die Ausdrücke „Software” und „Firmware” gegeneinander austauschbar und enthalten jedes beliebige Computerprogramm, das zur Ausführung durch Vorrichtungen in einem Speicher abgespeichert ist, einschließlich, ohne Beschränkung, mobiler Geräte, Cluster, PCs, Workstations, Clients und Server.
Wie hierin verwendet, sind der Begriff „Computer“ und verwandte Begriffe, z.B. „Computervorrichtung“, nicht auf integrierte Schaltkreise beschränkt, auf die in der Fachwelt als Computer Bezug genommen wird, sondern beziehen sich im weiten Sinne auf Mikrocontroller, Mikrocomputer, eine programmierbare Logiksteuerung (PLC), einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis und andere programmierbare Schaltkreise, wobei diese Begriffe hierin austauschbar verwendet werden.
Näherungsweise Formulierungen, wie sie hierin durch die Beschreibung und die Ansprüche hinweg Verwendung finden, können angewandt werden, um eine beliebige quantitative Darstellung zu modifizieren, die möglicherweise verändert werden könnte, ohne eine Änderung der Grundfunktion zu bewirken, mit der sie in Beziehung steht. Entsprechend soll ein Wert, der durch einen Begriff oder durch Begriffe, wie beispielsweise „ungefähr“, „etwa“ und „im Wesentlichen“, modifiziert ist, nicht auf den genauen angegebenen Wert beschränkt sein. In wenigstens einigen Fällen, können die näherungsweisen Formulierungen der Genauigkeit eines Instrumentes zur Messung des Wertes entsprechen. Hier und in der gesamten Beschreibung und allen Ansprüchen können Bereichsbegrenzungen miteinander kombiniert und/oder gegeneinander ausgetauscht werden, wobei solche Bereiche bezeichnet sind und alle Teilbereiche, die darin enthalten sind, sofern der Zusammenhang oder die Formulierungen nicht etwas anderes anzeigt.
1 zeigt ein Blockdiagramm einer beispielhaften Computervorrichtung 105, die für eine fortlaufende Kalibrierung von Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten und -messeinrichtungen verwendet werden kann. Die Computervorrichtung 105 weist eine Speichervorrichtung 110 und einen Prozessor 115 auf, der mit der Speichervorrichtung 110 zur Ausführung von Anweisungen betriebsmäßig verbunden ist. In der beispielhaften Ausführungsform weist die Computervorrichtung 105 einen einzigen Prozessor 115 und eine einzige Speichervorrichtung 110 auf. In alternativen Ausführungsformen kann die Computervorrichtung 105 mehrere Prozessoren 115 und/oder mehrere Speichervorrichtungen 110 aufweisen. In einigen Ausführungsformen sind ausführbare Anweisungen in der Speichervorrichtung 110 gespeichert. Die Computervorrichtung 105 kann eingerichtet werden, um eine oder mehrere der hierin beschriebenen Operationen durch Programmierung des Prozessors 115 auszuführen. Der Prozessor 115 kann beispielsweise programmiert werden, indem eine Operation als eine oder mehrere ausführbare Anweisungen kodiert wird und die ausführbaren Anweisungen in der Speichervorrichtung 110 bereitgestellt werden.
In der beispielhaften Ausführungsform ist die Speichervorrichtung 110 durch eine oder mehrere Vorrichtungen gebildet, die die Speicherung und den Abruf von Informationen, wie etwa ausführbarer Anweisungen und/oder anderer Daten, ermöglichen. Die Speichervorrichtung 110 kann ein oder mehrere materielle, nicht-flüchtige computerlesbare Medien, z.B., ohne Beschränkung, einen Direktzugriffsspeicher (RAM), einen dynamischen Direktzugriffsspeicher (DRAM), einen statischen Direktzugriffsspeicher (SRAM)-Speicher, einen Solid-State-Disk(SSD)-Speicher, eine Festplatte, einen Nur-Lese-Speicher (ROM), einen löschbaren und programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EPROM), einen elektrisch löschbaren und programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EEPROM) und/oder einen nicht-flüchtigen RAM(NVRAM)-Speicher, enthalten. Die oben erwähnten Arten von Speichern sind lediglich exemplarisch und sind daher mit Blick auf die Arten von Speichern, die zur Speicherung eines Computerprogramms verwendbar sind, nicht beschränkend.
Die Speichervorrichtung 110 kann eingerichtet sein, um betriebliche Daten zu speichern, einschließlich, ohne Beschränkung, der Stromkreisunterbrecherstromdaten, Hauptstromdaten, Stromkreisstromdaten, Kalibrierungsfaktoren für Auslöseeinheiten, Stromkreismodelle, Statusdaten der Auslöseeinheiten und Zustandsdaten der Auslöseeinheiten (die alle nachstehend näher beschrieben sind). In einigen Ausführungsformen entfernt oder „säubert“ der Prozessor 115 Daten aus der Speichervorrichtung 110 anhand des Alters der Daten. Beispielsweise kann der Prozessor 115 früher aufgezeichnete und gespeicherte Daten überschreiben, die mit einem nachfolgenden Zeitpunkt und/oder Ereignis zusammenhängen. Außerdem oder alternativ hierzu kann der Prozessor 115 Daten entfernen, die ein vorbestimmtes Zeitintervall überschreiten. Die Speichervorrichtung 110 weist ferner, ohne Beschränkung, ausreichend Daten, Algorithmen und Anweisungen auf, um einen Betrieb des (in 1 nicht gezeigten) computerimplementierten Systems zu erleichtern.
In einigen Ausführungsformen weist die Computervorrichtung 105 eine Bedienereingabeschnittstelle 130 auf. In der beispielhaften Ausführungsform ist die Bedienereingabeschnittstelle 130 mit dem Prozessor 115 verbunden und empfängt Eingaben von einem Bediener 125. Die Bedienereingabeschnittstelle 130 kann, ohne Beschränkung, eine Tastatur, eine Zeigervorrichtung, eine Maus, einen Eingabestift, einen berührungsempfindlichen Bildschirm, einschließlich, ohne Beschränkung, z.B. eines Touchpads oder eines Touchscreens, und/oder eine Audioeingangsschnittstelle, einschließlich, ohne Beschränkung, z.B. eines Mikrophones, aufweisen. Eine einzige Komponente, wie beispielsweise ein berührungsempfindlicher Bildschirm, kann sowohl als eine Anzeigevorrichtung einer Präsentationsschnittstelle 120 als auch als eine Bedienereingabeschnittstelle 130 dienen.
Eine Kommunikationsschnittstelle 135 ist mit dem Prozessor 115 verbunden und ist eingerichtet, um mit einer oder mehreren Vorrichtungen, z.B. mit einem Sensor oder einer weiteren Computervorrichtung 105, in Kommunikationsverbindung zu stehen und um Eingabe- und Ausgabeoperationen hinsichtlich solcher Vorrichtungen durchzuführen. Die Kommunikationsschnittstelle 135 kann zum Beispiel, ohne Beschränkung, einen Adapter für verdrahtetes Netzwerk, einen Adapter für drahtloses Netzwerk, einen Adapter für mobile Telekommunikation, einen Adapter für serielle Kommunikation und/oder einen Adapter für parallele Kommunikation aufweisen. Die Kommunikationsschnittstelle 135 kann Daten von einer oder mehreren entfernten Vorrichtungen empfangen und/oder zu ihnen übermitteln. Beispielsweise kann eine Kommunikationsschnittstelle 135 einer Computervorrichtung 105 einen Alarm zu der Kommunikationsschnittstelle 135 einer anderen Computervorrichtung 105 übertragen. Die Kommunikationsschnittstelle 135 erleichtert Maschine-zu-Maschine-Kommunikationen, d.h. sie dient als eine Maschine-Maschine-Schnittstelle.
Die Präsentationsschnittstelle 120 und/oder die Kommunikationsschnittstelle 135 sind beide in der Lage, geeignete Informationen zur Verwendung mit den hierin beschriebenen Verfahren z.B. für den Bediener 125 oder andere Vorrichtungen bereitzustellen. Somit können die Präsentationsschnittstelle 120 und die Kommunikationsschnittstelle 135 als Ausgabevorrichtungen bezeichnet werden. In ähnlicher Weise sind die Bedienereingabeschnittstelle 130 und die Kommunikationsschnittstelle 135 in der Lage, zur Verwendung mit den hierin beschriebenen Verfahren geeignete Informationen zu empfangen, und können als Eingabevorrichtungen bezeichnet werden. In der beispielhaften Ausführungsform wird die Präsentationsschnittstelle 120 verwendet, um Daten, einschließlich, ohne Beschränkung, Stromkreisunterbrecherstromdaten, Hauptstromdaten, Stromkreisdaten, Kalibrierungsfaktoren für Auslöseeinheiten, Stromkreismodellen, Statusdaten der Auslöseeinheiten und Zustandsdaten der Auslöseeinheiten, zu visualisieren. Der Bediener 125 kann die Bedienereingabeschnittstelle 130 verwenden, um Aufgaben, einschließlich, ohne Beschränkung, der Anpassung von Kalibrierungsfaktoren, eines gestuften Starts oder Neustarts des Schaltkreises und einer Alarmerfassung, auszuführen. Solche Aufgaben können die Verwendung zusätzlicher Software beinhalten, die solche Funktionen unterstützen kann.
In der beispielhaften Ausführungsform ist die Computervorrichtung 105 eine beispielhafte Ausführungsform einer Computervorrichtung, die in einem beispielhaften computerimplementierten System auf hoher Ebene für die fortlaufende Kalibrierung von (in 1 nicht gezeigten) Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten und -messeinrichtungen verwendet werden kann. In wenigstens einigen anderen Ausführungsformen ist die Computervorrichtung 105 auch eine beispielhafte Ausführungsform anderer (nicht gezeigter) Vorrichtungen, die für eine fortlaufende Kalibrierung von Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten und -messeinrichtungen verwendet werden. In den meisten Ausführungsformen veranschaulicht die Computervorrichtung 105 wenigstens die primäre Konstruktion solcher anderen Vorrichtungen.
2 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Energieverteilungssystems 200, das mehrere Stromkreisschutzvorrichtungen 205 aufweist, die bei der (in 1 gezeigten) Computervorrichtung 105 verwendet werden können. Jede Stromkreisschutzvorrichtung 205 ist entfernbar mit einer Schalteinheit 210 verbunden und ist eingerichtet, um die Leistung für eine oder mehrere Lasten 215 zu steuern. In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Stromkreisschutzvorrichtung 205 eine elektronische Auslöseeinheit (ETU) 205, die hierin auch als eine Auslöseeinheit 205 bezeichnet wird.
Die Lasten 215 können, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, Maschinen, Motoren, Beleuchtung und/oder andere elektrische und mechanische Ausrüstungen einer Produktions-, Energieerzeugungs- oder -verteilungsanlage beinhalten. Der Strom wird der Schalteinheit 210 von einer Hauptstromeinspeisung 220 zugeführt, die auch mit der Auslöseeinheit 205 verbunden ist. Der Strom wird dann auf mehrere Zweigstromkreise 225, die eine Auslöseeinheit 205 verwenden, zur Lieferung des Stroms zu den Lasten 215 aufgeteilt.
Jede Auslöseeinheit 205 enthält ein Steuerungssystem 230 sowie wenigstens einen Sensor 235 und wenigstens eine Auslösevorrichtung 240, z.B. einen oder mehrere Stromkreisunterbrecher oder Vorrichtungen zur Lichtbogeneindämmung 230, die mit dem Steuerungssystem 230 verbunden sind. Beispielhafte Stromkreisunterbrecher weisen beispielsweise Stromkreisschalter und/oder Stromschutzschalter auf, die den Stromfluss durch den Stromkreisunterbrecher zu der Last, die mit dem Stromkreisunterbrecher verbunden ist, unterbrechen. Eine beispielhafte Lichtbogeneindämmungsvorrichtung weist beispielsweise eine eindämmende Anordnung, mehrere Elektroden, eine Plasmakanone und einen Triggerschaltkreis auf, der die Plasmakanone veranlasst, ablatives Plasma in einen Spalt zwischen den Elektroden zu emittieren, um Energie von einem Bogen oder einem anderen elektrischen Fehler, der in dem Stromkreis festgestellt wird, in die eindämmende Anordnung abzuleiten.
Der Sensor 235 misst wenigstens einen Betriebszustand der Auslösevorrichtung 240 und/oder der Auslöseeinheit 205. In einer beispielhaften Ausführungsform ist der Sensor 235 ein Stromsensor, z.B. ein Stromwandler, eine Rogowski-Spule, ein Hall-Effekt-Sensor und/ oder ein Shut-Widerstand, der einen durch die Auslösevorrichtung 240 und/oder die Auslöseeinheit 205 fließenden Strom misst. Alternativ ist der Sensor 235 ein Temperatursensor, der eine Temperatur der Auslösevorrichtung 240 und/oder der Auslöseeinheit 205 oder der Umgebungsluft in der engen Nähe zu der Auslösevorrichtung 240 und/oder der Auslöseeinheit 205 misst. In einigen Ausführungsformen ist der Sensor 235 ein Feuchtigkeitssensor 235, der einem Nässe- oder Feuchtigkeitsgehalt der Umgebungsluft misst, die die Auslösevorrichtung 240 und/oder die Auslöseeinheit 205 umgibt oder sich in enger Nähe zu dieser bzw. diesen befindet. In einigen Ausführungsformen ist der Sensor 235 ein Spannungssensor 235. Alternativ kann der Sensor 235 eine Kombination aus Temperatur-, Feuchtigkeits-, Spannungs- und/oder Stromsensoren und/oder einem beliebigen anderen Sensortyp aufweisen, der dem Energieverteilungssystem 200 ermöglicht, wie hierin beschrieben, zu funktionieren. In einer beispielhaften Ausführungsform erzeugt jeder Sensor 235 Daten, die den gemessenen Strom, der durch die Auslösevorrichtung 240 und/oder die Auslöseeinheit 205 fließt (hier nachfolgend als „Stromdaten“ bezeichnet) kennzeichnen. Zusätzlich überträgt jeder Sensor 235 ein Signal, das die Stromdaten enthält oder kennzeichnet, zu einem Steuerungssystem 230, das der Auslösevorrichtung 240 zugeordnet oder mit dieser verbunden ist. Jedes Steuerungssystem 230 ist programmiert, um die Auslösevorrichtung 240 zu aktivieren, um einen Strom, der zu einer Last 215 geliefert wird, zu unterbrechen, wenn die Temperaturdaten, Feuchtigkeitsdaten und/oder beliebige andere Betriebszustandsdaten eine programmierbare Auslöseschwelle übersteigen.
In einer beispielhaften Ausführungsform sind die Steuerungssysteme 230 mit einer zentralen Steuerungsvorrichtung 245 kommunikationsmäßig verbunden. Beispielsweise sind in einer Ausführungsform die Steuerungssysteme 230 zur Kommunikation mit der zentralen Steuerungsvorrichtung 245 direkt verbunden. Alternativ sind die Steuerungssysteme 230 zur Kommunikation mit der zentralen Steuerungsvorrichtung 245 über eine Kommunikationseinheit 250 verbunden. Die Kommunikation zwischen den Steuerungssystemen 230 und der zentralen Steuerungsvorrichtung 245 kann auch durch eine festverdrahtete Kommunikationsverbindung oder durch eine drahtlose Kommunikationsverbindung bereitgestellt werden. Die Steuerungssysteme 230 erfassen gemessene Betriebszustandsdaten, die eine entsprechende Auslösevorrichtung 240 betreffen. Beispielsweise sammelt jedes Steuerungssystem 230 gemessene Betriebszustandsdaten, wie z.B. einen gemessenen Strom, eine gemessene Spannung, Temperatur und/oder gemessene Feuchtigkeitsdaten, von einem Sensor 235, der einer Auslösevorrichtung 240 zugeordnet ist, die mit dem Steuerungssystem 230 verbunden ist. In einigen Ausführungsformen empfängt das Steuerungssystem 230 die gemessenen Betriebszustandsdaten periodisch mit einer vorausgewählten Frequenz. Beispielsweise empfängt das Steuerungssystem 230 Temperatur- und/oder Feuchtigkeitsdaten mit einer Frequenz von ungefähr einmal pro Minute, einmal pro Stunde, einmal pro Tag oder mit jeder anderen Frequenz. Das Steuerungssystem 230 speichert Werte, die die Temperatur- und/ oder Feuchtigkeitsdaten repräsentieren, in einem Speicher 255, der mit dem Steuerungssystem 230 verbunden ist, und/oder übermittelt die Temperatur- und/oder Feuchtigkeitsdaten an die zentrale Steuerungsvorrichtung 245. In einer alternativen Ausführungsform ist ein Teil der oder die gesamte Funktionalität des Steuerungssystems 230 in der zentralen Steuerungsvorrichtung 245 integriert.
Der Speicher 255 speichert Programmcode und Anweisungen, die durch das Steuerungssystem 230 ausführbar sind, um die Auslöseeinheit 205 und die Auslösevorrichtung 240 zu steuern und/oder zu überwachen. In einer beispielhaften Ausführungsform enthält der Speicher 255 einen nicht-flüchtigen RAM-Speicher auf, um zu ermöglichen, dass Daten, die in dem Speicher 255 gespeichert wurden, nach einem Stromverlust erhalten bleiben. Alternativ oder zusätzlich kann der Speicher 255 einen magnetischen RAM (MRAM), ferroelektrischen RAM (FeRAM), einen Festwertspeicher (ROM), Flash-Speicher und/oder einen elektrisch löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EEPROM) beinhalten. In dem Speicher 255 kann jeder andere geeignete magnetische, optische und/oder Halbleiterspeicher allein oder in Kombination mit anderen Speicherformen enthalten sein. Der Speicher 255 kann auch ein auswechselbarer oder entfernbarer Speicher, einschließlich eines geeigneten Kassetten-, Platten-, CD-ROM-, DVD- oder USB-Speichers, aber nicht darauf beschränkt, sein oder einen solchen beinhalten.
Die Auslöseeinheit 205 enthält ferner eine Anzeigevorrichtung 260, die mit dem Steuerungssystem 230 verbunden ist. In einer beispielhaften Ausführungsform weist die Anzeigevorrichtung 260 eine oder mehrere Licht emittierende Dioden (LEDs) auf, die den Status der Auslöseeinheit 205 anzeigen. Das Steuerungssystem 230 kann beispielsweise eine oder mehrere Komponenten (z.B. LEDs) der Anzeigevorrichtung 260 aktivieren, um anzuzeigen, dass die Auslöseeinheit 205 und/ oder die Auslösevorrichtung 240 aktiv ist und/oder normal arbeitet, dass ein Fehler oder eine Störung aufgetreten ist, dass eine Nutzungsdauer der Auslösevorrichtung 240 oder einer anderen Komponente der Auslöseeinheit 205 unterhalb eines Schwellenwerts liegt und/oder ein beliebiger anderer Zustand der Auslösevorrichtung 240 und/oder der Auslöseeinheit 205 vorliegt.
Während die Auslöseeinheit 205 in 2 unter Bezugnahme auf die Schalteinheit 210 des Energieverteilungssystems 200 beschrieben ist, sollte erkannt werden, dass die Auslöseeinheit 205 oder eine beliebige Komponente von dieser bei einer beliebigen Vorrichtung oder einem beliebigen System verwendet werden kann. Zusätzlich oder alternativ können der Sensor 235 und das Steuerungssystem 230 die Betriebszustände an jeder anderen Vorrichtung oder jedem anderen System als der Auslösevorrichtung 240 oder in deren bzw. dessen Nähe erfassen oder messen.
3 zeigt ein Diagramm eines beispielhaften Systems 300 zur Kalibrierung einer Stromschutzvorrichtung 205 unter Verwendung der (in 1 gezeigten) Computervorrichtung 105, das in einem (in 2 gezeigten) Energieverteilungssystem 200 verwendet werden kann. Das System weist eine Stromkreisschutzvorrichtung 305 auf. In dieser beispielhaften Ausführungsform ist die Stromkreisschutzvorrichtung 305 ein Stromkreisunterbrecher, und das Steuerungssystem 205 ist eine Auslöseeinheit. Der Stromkreisunterbrecher 305 enthält einen Eingangsanschluss 310, um eine Eingangsleistung, z.B. von einer Hauptstromeinspeisung, zu empfangen, und einen Ausgangsanschluss 315, um eine Ausgangsleistung zu der Last 215 zu liefern. Die Auslösevorrichtung 240 ist zwischen dem Eingangsanschluss 310 und dem Ausgangsanschluss 315 angeschlossen. Die Auslösevorrichtung 240 ist eingerichtet, um wahlweise einen Fluss des elektrischen Stroms zwischen dem Eingangsanschluss 310 und dem Ausgangsanschluss 315 zu unterbrechen. Der Sensor 235 erfasst eine Eigenschaft, die mit dem Eingangsanschluss 310 im Zusammenhang steht, und liefert die Eigenschaft oder ein Signal, das die Eigenschaft repräsentiert, an die Auslöseeinheit 205. In einer beispielhaften Ausführungsform erfasst der Sensor 235 einen elektrischen Strom durch die Stromkreisschutzvorrichtung 305. Die Auslöseeinheit 205 steuert den Betrieb der Auslösevorrichtung 240, um basierend wenigstens zum Teil auf dem elektrischen Strom wahlweise den Stromfluss zwischen dem Eingangsanschluss 310 und dem Ausgangsanschluss 315 zu unterbrechen. Die beispielhafte Ausführungsform ist eine einpolige, einphasige Stromkreisschutzvorrichtung. In anderen Ausführungsformen ist die Stromkreisschutzvorrichtung 305 ein zwei-, drei- oder vierpolige Stromkreisunterbrecher, der mit mehr als einer einzigen Phase des elektrischen Stroms und/oder einem neutralen Leiter verbunden ist. Darüber hinaus weist in einigen Ausführungsformen die Stromkreisschutzvorrichtung 305 mehr als eine einzige Auslösevorrichtung 240 auf, z.B. eine, die mit jedem Phasenleiter und/oder einem neutralen Leiter verbundenen ist.
Die Auslöseeinheit 205 weist eine Steuerungsvorrichtung 335 auf. Die Steuerungsvorrichtung 335 empfängt das Signal von dem Sensor 235 und steuert die Auslösevorrichtung 240. Im Allgemeinen erfasst die Steuerungsvorrichtung 335 mittels des Sensors 235 einen Überstromzustand, einen Kurzschlussstrom oder einen anderen Fehler. Infolgedessen veranlasst die Steuerungsvorrichtung 335 die Auslösevorrichtung 240 auszulösen, um den Stromfluss durch die Stromkreisschutzvorrichtung 305 zu unterbrechen. Die Steuerung einer Auslösevorrichtung, z.B. der Steuerungsvorrichtung 240, durch eine Steuerungsvorrichtung, z.B. die Steuerungsvorrichtung 335, ist für Fachleute auf dem Gebiet wohl bekannt. Eine beliebige Methode zur Steuerung einer Auslösevorrichtung durch eine Steuerungsvorrichtung kann in Verbindung mit der Steuerungsvorrichtung 335 und der Auslösevorrichtung 240 verwendet werden.
Das System 300 weist ferner die Computervorrichtung 105 auf, die in 1 beschrieben ist. In der beispielhaften Ausführungsform, steht die Computervorrichtung 105 in einer vernetzten Kommunikationsverbindung mit der Auslöseeinheit 205, und sie kann hierin als vernetzte Computervorrichtung 105 bezeichnet werden. Die vernetzte Computervorrichtung 105 weist einen Prozessor 115 und eine Speichervorrichtung 110 auf. Der Prozessor 115 und die Speichervorrichtung 110 sind miteinander verbunden. Die vernetzte Speichervorrichtung 105 ist in der Lage, mit der Auslöseeinheit 205 unter Verwendung des Netzwerks 350 zu kommunizieren. In der beispielhaften Ausführungsform ist das Netzwerk 350 ein drahtloses zellulares Netzwerk. In anderen Ausführungsformen kann das Netzwerk 350 ein beliebiges Netzwerk sein, das in der Lage ist, Daten zwischen der Auslöseeinheit 205 und der vernetzten Computervorrichtung 105 zu übertragen, einschließlich, ohne Beschränkung, 802.11b Netzwerke, Weitverkehrsnetze (WANs), Glasfasernetze und IP-Netzwerke. Der Prozessor 115 ist eingerichtet, um Operationen durchzuführen, einschließlich, ohne Beschränkung, des Sendens von Anweisungen zu der Auslöseeinheit 205, des Empfangens von Daten von der Auslöseeinheit 205, um Kalibrierungsfaktoren zu bestimmen, die mit der Auslöseeinheit 205 im Zusammenhang stehen, der Bewertung von Stromdaten von der Auslöseeinheit 205 auf Stabilität und des Vergleichens von Stromdaten von der Auslöseeinheit 205 mit historischen Stromdaten von der Auslöseeinheit 205.
Das System 300 weist ferner eine Hauptstromkreisschutzvorrichtung 375 auf. Die Hauptstromkreisschutzvorrichtung 375 ist mit der vernetzten Computervorrichtung 105 verbunden. Die Hauptstromkreisschutzvorrichtung 375 weist eine ähnliche Konfiguration auf wie die Stromkreisschutzvorrichtung 305. Die Hauptstromkreisschutzvorrichtung 375 ist jedoch einem Hauptstromkreis zugeordnet.
In der beispielhaften Ausführungsform weist das System 300 vier Stromkreisschutzvorrichtungen 305 auf. In alternativen Ausführungsformen kann eine beliebige Anzahl Stromkreisschutzvorrichtungen 305 verwendet werden. Alle Stromkreisschutzvorrichtungen 305 sind in der Lage, Stromdaten unter Verwendung eines Sensors 235 zu erfassen, Daten an der Steuerungsvorrichtung 335 von dem Sensor 235 zu empfangen und mit der vernetzten Computervorrichtung 105 unter Verwendung des Netzwerks 350 zu kommunizieren.
Im Betrieb fordert die vernetzte Computervorrichtung 105 Stromkreisunterbrecherstromdaten von Auslöseeinheiten 205 an und empfängt diese. Die Stromkreisunterbrecherstromdaten repräsentieren den durch die Auslöseeinheit 205 fließenden Strom, wie er durch den Sensor 235 erfasst wird. In der beispielhaften Ausführungsform werden die Stromkreisunterbrecherstromdaten als der quadrierte Stromwert, beginnend mit Null, erfasst. Die Stromkreisunterbrecherstromdaten werden durch die Auslöseeinheit 205 gesendet und an der Speichervorrichtung 110 empfangen.
Die vernetzte Computervorrichtung 105 fordert ferner Hauptstromdaten von der Hauptstromkreisschutzvorrichtung 375 an. Wie nachstehend beschrieben, werden die Hauptstromdaten zur Kalibrierung der Auslöseeinheiten 205 verwendet, die mit den Stromkreisunterbrecherstromdaten im Zusammenhang stehen. In dem hierin beschriebenen System, Verfahren und Computer wird angenommen, dass die Hauptstromdaten im Allgemeinen genauer als die Stromkreisunterbrecherstromdaten sind. Die Hauptstromdaten sind im Allgemeinen genauer, weil typische Energieverteilungssysteme 200 genauere Auslöseeinheiten für die Hauptleitungen als für Stromkreisunterbrecher aufweisen. Dies ist die Folge von bei weitem geringerer Anzahl von Hauptleitungen im Vergleich zu Stromkreisunterbrechern, wodurch eine größere Ausgabe, mehr physikalischer Platz und eine größere Bedeutung einer Hauptleitung innerhalb eines Energieverteilungssystems 200 ermöglicht wird. Die Hauptstromkreisschutzvorrichtung 375 berechnet auch den Strom, der eine zugehörige Auslöseeinheit passiert, und zeichnet die quadrierten Werte des Stroms als Hauptstromdaten auf.
In einigen Fällen synchronisiert die vernetzte Computervorrichtung 105 die empfangenen Stromkreisunterbrecherstromdaten über alle Auslöseeinheiten 205 hinweg, um sicherzustellen, dass die Datenerfassung gleich verläuft. Um die (nachstehend näher beschriebenen) Kalibrierungsfaktoren genauer zu bestimmen, müssen die Stromkreisunterbrecherstromdaten und die Hauptstromdaten ein gemeinsames Erfassungsintervall oder Zeitrahmen verwenden. In der beispielhaften Ausführungsform, ist das Erfassungsintervall über alle Auslöseeinheiten 205 hinweg auf 10 Sekunden synchronisiert. Die vernetzte Computervorrichtung 105 kann die empfangenen Stromkreisunterbrecherstromdaten synchronisieren, indem sie ein Synchronisationssignal, einschließlich einer Startnachricht oder einer Zeitmarke, verwendet. Das synchronisierende Signal kann eine spezielle Zeit identifizieren, um die Datenerfassung zu beginnen und die Datenerfassung zu beenden. Die vernetzte Computervorrichtung 105 kann alternativ ein externes Signal als eine Aufforderung verwenden, mit der Erfassung von Stromkreisunterbrecherstromdaten zu beginnen. Das externe Signal kann ein (nicht gezeigtes) externes System verwenden, um die Erfassung aller Auslöseeinheiten 205 zu synchronisieren. Während die Daten durch die Auslöseeinheiten 205 erfasst werden, werden sie in den (in 2 gezeigten) gehörigen Speichern 255 gespeichert. Eine Synchronisierung der Erfassung oder der Stromkreisunterbrecherstromdaten kann besonders wertvoll sein, weil der Drehzeiger der Grundfrequenz des Stroms für Schutzzwecke verwendet wird.
Die vernetzte Computervorrichtung 105 verarbeitet die Stromkreisunterbrecherstromdaten, die zu den Stromkreisschutzvorrichtungen 305 gehören, und die Hauptstromdaten, die zu den Hauptstromkreisschutzvorrichtungen 375 gehören, unter Verwendung des Prozessors 115. Der Prozessor 115 bestimmt für alle Auslöseeinheiten 205, die zu den Stromkreisschutzvorrichtungen 305 gehören, einen Kalibrierungsfaktor. Ein Kalibrierungsfaktor repräsentiert die Abweichung zwischen den Stromkreisunterbrecherstromdaten, die während des Erfassungsintervalls empfangen wurden, und abgeleiteten Stromdaten. Durch die Kombination aller Stromkreisunterbrecherstromdaten mit den Hauptstromdaten ist es möglich, die tatsächliche Abweichung der zu den Stromkreisschutzvorrichtungen 305 gehörenden Auslöseeinheiten 205 abzuleiten.
Es können verschieden Verfahren verwendet werden, um Werte für die Stromdaten der Stromkreisunterbrechungseinheiten 305 abzuleiten. In der beispielhaften Ausführungsform kann eine Regression nach dem Prinzip der kleinsten Quadrate verwendet werden. Eine vereinfachte Gleichung, die verwendet wird, um eine solche Regression zu erhalten, kann wie folgt dargestellt werden: Y ˆ = β₀ + β₁X + β₂X²
In dieser Gleichung repräsentiert Y ˆ Hauptstromdaten, während β_Y ein Kalibrierungskoeffizient ist, der den Fehler bei einem bestimmten Stromkreisunterbrecher Y repräsentiert. X ist der Vektor einzelner stromabwärtiger Einspeisemessungen. Wie in dieser Gleichung angezeigt, werden die Hauptstromdaten verwendet, um Kalibrierungsfaktoren für die Stromkreisunterbrecher zu bestimmen. Weil die Regression die Kalibrierungsfaktoren der Stromkreisunterbrecher auf der Basis der Hauptstromdaten bestimmt, beeinflusst die Genauigkeit der Hauptstromdaten unmittelbar die Genauigkeit der Kalibrierungsfaktoren der Schaltkreisunterbrecher.
Alternativ kann der Prozessor 115 die Summe der Quadratwerte, die er als Stromdaten der Stromkreisunterbrechunger und Hauptstromdaten empfangen hat, abwechselnd in die tatsächliche Stromstärke für jeden Stromkreisunterbrecher und die Hauptleitung umwandeln. Dieses Verfahren kann für Wechselstromsignalformen weniger passend sein, weil die Genauigkeit schwer zu erzielen sein kann. Dementsprechend ist die Kleinste-Quadrate-Regression für Wechselstromsignalformen vorzuziehen.
Wenn die Kalibrierungsfaktoren bestimmt sind, übermittelt die vernetzte Computervorrichtung 105 die Kalibrierungsfaktoren an die Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten 205. Die Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten 205 können die Kalibrierungsfaktoren verwenden, um in der Zukunft Stromkreisunterbrecherstromdaten zu kalibrieren.
In einigen Ausführungsformen kann es erwünscht sein, den mit der Überprüfung der Kalibrierungsfaktoren einhergehenden Mehraufwand zu reduzieren. Wenn man glaubt, dass das (in 2 gezeigte) Energieverteilungssystem 200 in einem stabilen Zustand ist, kann es wünschenswert sein, Kalibrierungsprozesse auszusetzen. Die vernetzte Computervorrichtung 105 kann den Prozessor 115 und die Speichervorrichtung 110 verwenden, um solch einen stabilen Zustand festzustellen. Die vernetzte Computervorrichtung 105 kann zu den Stromkreisschutzvorrichtungen 305 dazugehörige Kalibrierungsfaktoren für einige Iterationsschritte speichern. Bei jedem Stromerfassungsintervall für die Stromkreisunterbrecher können neue Kalibrierungsfaktoren mit alten Kalibrierungsfaktoren verglichen werden. Wenn sich die Kalibrierungsfaktoren für die Stromkreisschutzvorrichtungen 305 wiederholen oder innerhalb eines Toleranzbereichs wiederholen, kann der Prozessor 115 feststellen, dass die Kalibrierungsfaktoren stabil sind. Während ein Wert für die Hauptstromdaten als innerhalb einer stabilen Schwelle liegend bestimmt wird, kann die vernetzte Computervorrichtung 105 das Abfragen von Stromkreisunterbrecherstromdaten, das Empfangen von Stromkreisunterbrecherstromdaten und das Bestimmen von Kalibrierungsfaktoren reduzieren oder anhalten. Die stabile Schwelle definiert die akzeptable Abweichung der Hauptstromdaten, bevor eine erneute Bestimmung von Kalibrierungsfaktoren gerechtfertigt ist. Die stabile Schwelle kann basierend auf einer Korrelation der Abweichung von historischen Kalibrierungsfaktoren mit der Hauptstromdatenabweichung definiert werden. Die stabile Schwelle kann auch basierend auf historischen Abweichungen der Hauptstromdaten definiert werden, mit der Annahme, dass Abweichungen außerhalb dieser Grenzen eine mögliche Instabilität in dem Energieverteilungssystem 200 anzeigen können. Die stabile Schwelle wird im Allgemeinen auf der Basis einer maximal zulässigen Änderung der Hauptstromdaten bei gegebenen Anforderungen eines bestimmten Energieverteilungssystems 200 definiert.
In einigen Ausführungsformen kann es wünschenswert sein, einen gestuften Startvorgang durchzuführen, um Kalibrierungsfaktoren effektiver zu bestimmen. Ein gestufter Start besteht aus einem Zuschalten von Lasten 215 in einer Aufeinanderfolge. Der gestufte Start kann Lasten 215 für einzelne Stromkreisschutzvorrichtungen 305 in einer Aufeinanderfolge, Gruppen von einzelnen Stromkreisschutzvorrichtungen 305 in einer Aufeinanderfolge oder gemäß einem beliebigen Verfahren zum Zuschalten von Lasten 215 an die Stromkreisschutzvorrichtungen 305 zuschalten. Dies kann erwünscht sein, wenn die Stromkreisunterbrecherstromdaten im Wesentlichen konstant gehalten werden, und verhindert die Ableitung mit der gewünschten Genauigkeit. In solchen Ausführungsformen kann die vernetzte Computervorrichtung 105 verwendet werden, um die (in 2 gezeigten) Lasten 215 zuzuschalten, die zu den Stromkreisunterbrechern 305 gehören. Durch die jeweils einzelne Aktivierung der Lasten 215 ist es einfacher, die Kalibrierungsfaktoren abzuleiten, weil der Fehler in der akkumulierten Messung nur auf einen Stromkreisunterbrecher zurückzuführen ist.
In anderen Ausführungsformen kann ein vordefinierter elektrischer Zustand, einschließlich z.B. eines Fehlerzustands, in dem Energieverteilungssystem 200 eintreten. Wenn ein Fehler während des Datenerfassungsintervalls auftritt, kann die vernetzte Computervorrichtung 105 bestimmen, dass wenigstens einige Stromkreisschutzvorrichtungen 305 in einen anderen Betriebszustand übergegangen sind. In solchen Fällen kann die vernetzte Computervorrichtung 105 bestimmen, dass der Fehler aufgetreten ist, indem sie erkennt, dass die Stromkreisunterbrecherstromdaten außerhalb vordefinierter Änderungsgrenzen liegen. Die Änderungsgrenzen können, ohne Beschränkung, durch den (in 1 gezeigten) Bediener 126 oder eine Voreinstellung in der Speichervorrichtung 110 definiert werden. Die Änderungsgrenzen definieren die maximal zulässige Änderung zwischen einem Kalibrierungsfaktor für eine bestimmte Stromkreisschutzvorrichtung 305 in einem ersten Erfassungsintervall und einem Kalibrierungsfaktor für dieselbe Stromkreisschutzvorrichtung in einem darauffolgenden zweiten Erfassungsintervall. Veränderungen der Kalibrierungsfaktoren, die Änderungsgrenzen übersteigen, können ein Verwerfen des jüngsten Kalibrierungsfaktors und Beginnen mit der Bestimmung eines neuen zur Folge haben.
Wenn ein Fehler bestimmt wird, kann die Computervorrichtung den Kalibrierungsfaktor modifizieren, der mit den wenigstens einigen Stromkreisschutzvorrichtungen im Zusammenhang steht. Die Kalibrierungsfaktoren müssen gegebenenfalls modifiziert werden, weil der Fehler andernfalls wenigstens zeitweise fehlerhafte Stromkreisunterbrecherstromdaten verursachen kann, einschließlich z.B. einer durch Sättigung hervorgerufenen Verzerrung. Wenn die Kalibrierungsfaktoren nicht modifiziert werden würden, würden die Kalibrierungsfaktoren solche fehlerhaften Stromkreisunterbrecherstromdaten widerspiegeln. Eine Modifizierung der Kalibrierungsfaktoren kann die Verwendung von Verfahren der quadratischen Regression und ein Ignorieren der Stromkreisunterbrecherstromdaten, die mit der wenigstens einen Stromkreisunterbrechungsvorrichtung 305 im Zusammenhang stehen, während des Datenerfassungsintervalls aufweisen. Eine quadratische Regression kann verwendet werden, um solche verzerrten Daten zu kalibrieren. Ergebnisse aus Zeiten, die unmittelbar dem fehlerhaften Zustand vorausgehen oder nachfolgen, können verzerrte Ergebnisse verursachen. In diesen Situationen kann das Ignorieren der Stromkreisunterbrecherstromdaten geeignet sein.
In anderen Ausführungsformen kann eine Änderung der Kalibrierungsfaktoren anzeigen, dass sich eine bestimmte Stromkreisschutzvorrichtung 305 verändert und unzulässige Daten liefert. Wie oben beschrieben, kann die Speichervorrichtung 110 historische Kalibrierungsfaktoren für mehrere Stromkreisschutzvorrichtungen 305 speichern. In solchen Ausführungsformen kann der Prozessor 115 nach jedem Datenerfassungsintervall Kalibrierungsfaktoren mit den historischen Kalibrierungsfaktoren vergleichen. Der Prozessor 115 kann bestimmen, ob für die bestimmte Stromkreisschutzvorrichtung 305 ein Alarmzustand angezeigt werden sollte. Der Alarmzustand kann wegen eines Fehlers in wenigstens einer Auslöseeinheit 205 oder einer Stromkreisschutzvorrichtung 305 erfasst werden. Der Alarmzustand kann ebenso wegen eines Abdriftens der Stromkreisunterbrecherstromdaten außerhalb eines vorbestimmten Bereichs erfasst werden. Der vorbestimmte Bereich beschreibt die maximal zulässige Änderung der Stromkreisunterbrecherstromdaten. Der vorbestimmte Bereich basiert auf der typischen Abweichung der Stromkreisunterbrecherstromdaten und der Annahme, dass das Überschreiten dieser Abweichung einen Zustandswechsel der Stromkreisschutzvorrichtung 305 oder wenigstens einiger Komponenten des Energieverteilungssystems 200 anzeigt. Der Prozessor 115 kann einen Systemalarm erzeugen. Das Erzeugen eines Systemalarms kann, ohne Beschränkung, ein Aufzeichnen eines der Stromkreisschutzvorrichtung 305 zugeordneten Eintrags, Senden des Systemalarms an andere Bediener und/oder (nicht gezeigte) Vorrichtungen und Rücksetzen der bestimmten Stromkreisschutzvorrichtung.
4 zeigt ein gesamtes Verfahren 400, das von der (in 1 gezeigten) vernetzten Computervorrichtung 105 zur fortlaufenden Kalibrierung von Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten und -messeinrichtungen in dem (in 2 gezeigten) Energieverteilungssystem verwendet wird. Das Verfahren wird von der vernetzten Computervorrichtung 105 ausgeführt.
Die vernetzte Computervorrichtung 105 fordert von den Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten die Stromkreisunterbrecherstromdaten an und empfängt diese, 410. Das Anfordern und Empfangen 410 repräsentiert das Übermitteln einer Anforderung nach Stromkreisunterbrecherstromdaten von der vernetzten Computervorrichtung 105 zu mehreren Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten 205 und Empfangen der gleichen Stromkreisunterbrecherstromdaten an der vernetzten Computervorrichtung 105.
Die vernetzte Computervorrichtung 105 empfängt 420 ferner während des Erfassungsintervalls von der Hauptauslöseeinheit Hauptstromdaten, die Stromdaten repräsentieren, die der Hauptauslöseeinheit zugeordnet sind. Das Empfangen 420 repräsentiert ein Empfangen von Hauptstromdaten von der zugehörigen Hauptstromkreisschutzvorrichtung 375.
Die vernetzte Computervorrichtung 105 bestimmt 430 ferner Kalibrierungsfaktoren, die den Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten zugeordnet sind, auf der Basis der Stromkreisunterbrecherstromdaten und der Hauptstromdaten. Das Bestimmen 430 der Kalibrierungsfaktoren repräsentiert ein Anwenden von Verfahren und Algorithmen zur Bestimmung eines Kalibrierungsfaktors für jede Stromkreisunterbrecherauslöseeinheit 205.
Die vernetzte Computervorrichtung übermittelt 440 außerdem die Kalibrierungsfaktoren zu den Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten. Das Übermitteln 440 von Kalibrierungsfaktoren repräsentiert ein Übertragen bestimmter 430 Kalibrierungsfaktoren zu jeder Stromkreisunterbrecherauslöseeinheit 205.
Es sind hierin beispielhafte Systeme und Verfahren zur kontinuierlichen Kalibrierung von Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten und -messeinrichtungen beschrieben. Insbesondere ermöglichen die hierin beschriebenen Verfahren und Systeme eine genaue Messung der Stromdaten in Stromschutzvorrichtungen. Die beschriebenen Systeme und Verfahren können durch verbesserte Daten für die Kalibrierung solcher Vorrichtungen zur Verbesserung des Stromkreisschutzes verwendet werden.
Die hierin beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen erleichtern verbesserten Betrieb von Stromkreisschutzvorrichtungen. Beispielhafte Ausführungsformen der Verfahren und Systeme sind hierin im Detail beschrieben und/oder veranschaulicht. Die Verfahren und Vorrichtungen sind nicht auf die hierin beschriebenen speziellen Ausführungsformen beschränkt, so dass vielmehr Komponenten jeder Vorrichtung sowie Schritte jedes Verfahrens unabhängig und getrennt von anderen hierin beschriebenen Komponenten und Schritten verwendet werden können. Jede Komponente und jeder Verfahrensschritt kann auch in Kombination mit andern Komponenten und/oder Verfahrensschritten verwendet werden.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele zur Offenbarung der Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsart, und auch, um einem Fachmann die Ausführung der Erfindung zu ermöglichen, einschließlich der Herstellung und Benutzung jedweder Vorrichtungen oder Systeme und der Durchführung eingebundener Verfahren. Der patentfähige Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele beinhalten, die Fachleuten auf dem Gebiet einfallen. Derartige weitere Beispiele sollen in den Umfang der Ansprüche fallen, wenn sie strukturelle Elemente haben, die sich nicht von dem Wortsinn der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden zu dem Wortsinn der Ansprüche beinhalten.
Ein Computer (105) zur kontinuierlichen Kalibrierung von Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten (205) und -messeinrichtungen weist einen Prozessor (115) und eine Speichervorrichtung (110) auf. Der Computer ist eingerichtet, um Stromkreisunterbrecherstromdaten von mehreren Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten anzufordern und zu empfangen (410). Die Stromkreisunterbrecherstromdaten repräsentieren den Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten zugeordnete Stromdaten. Der Computer ist konfiguriert, um Hauptstromdaten von einer Hauptauslöseeinheit zu empfangen (420). Der Computer ist konfiguriert, um auf der Basis der Stromkreisunterbrecherstromdaten und der Hauptstromdaten mehrere Kalibrierungsfaktoren für die Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten zu bestimmen (430). Der Computer ist außerdem konfiguriert, um die Kalibrierungsfaktoren zu den Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten zu übermitteln (440).
Bezugszeichenliste

105: Computervorrichtung
110: Speichervorrichtung
115: Prozessor
120: Präsentationsschnittstelle
125: Bediener
130: Bedienereingabeschnittstelle
135: Kommunikationsschnittstelle
200: Energieverteilungssystem
205: Auslöseeinheit
210: Schalteinheit
215: Lasten
220: Hauptstromeinspeisung
225: Zweigstromkreise
230: Steuerungssysteme
235: Sensor
240: Auslösevorrichtung
245: Zentrale Steuerungsvorrichtung
250: Kommunikationseinheit
255: Speicher
260: Anzeigevorrichtung
300: System
305: Stromkreisschutzvorrichtung
310: Eingangsanschluss
315: Ausgangsanschluss
335: Steuerungsvorrichtung
350: Netzwerk
375: Hauptstromkreisschutzvorrichtung
400: Verfahren
410: Anfragen und Empfänge
420: Empfang
430: Bestimmung
440: Übermittlung

Claims

Computerimplementiertes System (300), das aufweist: mehrere Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten (205), die mit mehreren Stromkreisunterbrecherauslösevorrichtungen (240) gekoppelt sind, wobei die Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten eingerichtet sind, um einen den Stromkreisunterbrecherauslösevorrichtungen zugeordneten Strom zu überwachen; eine Hauptauslöseeinheit (205), die einer Hauptauslösevorrichtung (240) zugeordnet ist, wobei die Hauptauslösevorrichtung mit den mehreren Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten elektrisch verbunden ist, wobei die Hauptauslöseeinheit mit den mehreren Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten kommunikationsmäßig verbunden ist, wobei die Hauptauslöseeinheit eingerichtet ist, um einen der Hauptauslösevorrichtung zugeordneten Strom zu überwachen; und eine vernetzte Computervorrichtung (105), die Hauptauslöseeinheit zugeordnet ist, wobei die vernetzte Computervorrichtung mit der Hauptauslöseeinheit und den mehreren Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten in vernetzter Kommunikationsverbindung steht, wobei die vernetzte Computervorrichtung einen Prozessor (115) und eine Speichervorrichtung (110) aufweist, die mit dem Prozessor verbunden ist, wobei die Computervorrichtung eingerichtet ist, um: von den mehreren Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten Stromkreisunterbrecherstromdaten, die den Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten zugeordnete Stromdaten repräsentieren, über ein Erfassungsintervall anzufordern und zu empfangen (410); von der Hauptauslöseeinheit Hauptstromdaten, die der Hauptauslösevorrichtung zugeordnete Stromdaten repräsentieren, über ein Erfassungsintervall zu empfangen (420); mehrere Kalibrierungsfaktoren, die den Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten zugeordnet sind, auf der Basis der Stromkreisunterbrecherstromdaten und der Hauptstromdaten zu bestimmen (430), wobei die Kalibrierungsfaktoren eine Abweichung zwischen den Stromkreisunterbrecherstromdaten, die einer bestimmten Stromkreisunterbrecherauslöseeinheit zugeordnet sind, und einem abgeleiteten Strom, der der bestimmten Stromkreisunterbrecherauslöseeinheit zugeordnet ist, repräsentieren; und die Kalibrierungsfaktoren an die Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten zu übermitteln (440).
Computerimplementiertes System (300) nach Anspruch 1, das ferner eingerichtet ist, um zur Bestimmung (430) der Kalibrierungsfaktoren einen gestuften Startvorgang zu verwenden, wobei der gestufte Startvorgang eine aufeinanderfolgende Bereitstellung von Strom für die Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten (240) darstellt.
Computerimplementiertes System (300) nach Anspruch 1 oder 2, das ferner eingerichtet ist, um zur Bestimmung (430) der Kalibrierungsfaktoren eine Regression nach dem Prinzip der kleinsten Quadrate für das Erfassungsintervall zu verwenden.
Computerimplementiertes System (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner eingerichtet ist, um die empfangenen Stromkreisunterbrecherstromdaten von den Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten (205) durch Senden einer Nachricht zu den Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten zu synchronisieren, einschließlich wenigstens eines von: einem Synchronisationssignal, das eine Startnachricht oder eine Zeitmarke aufweist; und einem externen Signal.
Computerimplementiertes System (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner eingerichtet ist, um: festzustellen, dass ein vordefinierter elektrischer Zustand in wenigstens einer Stromkreisunterbrecherauslösevorrichtung (240) aufgetreten ist, indem es erkennt, dass die empfangenen Stromkreisunterbrecherstromdaten für die wenigstens eine zugeordnete Stromkreisunterbrecherauslöseeinheit (205) außerhalb definierter Änderungsgrenzen liegen; und die bestimmten Kalibrierungsfaktoren durch eines der folgenden zu modifizieren: Verwendung quadratischer Regressionsverfahren; und Ignorieren der Stromkreisunterbrecherstromdaten, die dem wenigstens einen Stromkreisunterbrecher zugeordnet sind.
Computerimplementiertes System (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner eingerichtet ist, um: festzustellen, dass die Kalibrierungsfaktoren stabil sind; und entweder die Frequenz der Anforderung der Stromkreisunterbrecherstromdaten zu reduzieren oder die Anforderung anzuhalten, die Stromkreisunterbrecherstromdaten zu empfangen und die Kalibrierungsfaktoren zu bestimmen, während festgestellt wird, dass ein Wert für die Hauptstromdaten innerhalb einer stabilen Schwelle liegt.
Computerimplementiertes System (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner eingerichtet ist, um: die Kalibrierungsfaktoren für das Erfassungsintervall in der vernetzten Computervorrichtung (105) zu speichern; die Kalibrierungsfaktoren mit historischen Kalibrierungsfaktoren zu vergleichen; und auf der Basis eines Vergleichs der Kalibrierungsfaktoren mit den historischen Kalibrierungsfaktoren das Vorliegen eines Alarmzustands zu bestimmen, einschließlich wenigstens eines von: einem Fehler in wenigstens einer Stromkreisunterbrecherauslöseeinheit (205); und einem Abdriften der Stromkreisunterbrecherstromdaten außerhalb eines vorbestimmten Bereiches; und nach Bestimmung eines Alarmzustands einen Systemalarm an der vernetzten Computervorrichtung zu erzeugen.
Computer (105), der einen Prozessor (115) und eine Speichervorrichtung (110) enthält, die mit dem Prozessor verbunden ist, wobei der Computer eingerichtet ist, um: von mehreren Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten (205) Stromkreisunterbrecherstromdaten, die den Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten zugeordnete Stromdaten repräsentieren, anzufordern und zu empfangen (410); von einer Hauptauslöseeinheit Hauptstromdaten, die einer zugehörigen Hauptauslösevorrichtung (240) zugeordnete Stromdaten repräsentieren, während des Erfassungsintervalls zu empfangen (420); mehrere Kalibrierungsfaktoren, die den Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten zugeordnet sind, auf der Basis der Stromkreisunterbrecherstromdaten und der Hauptstromdaten zu bestimmen (430), wobei die Kalibrierungsfaktoren eine Abweichung zwischen Stromkreisunterbrecherstromdaten, die einer bestimmten Stromkreisunterbrecherauslöseeinheit zugeordnet sind, und einem abgeleiteten Strom, der der bestimmten Stromkreisunterbrecherauslöseeinheit zugeordnet ist, repräsentieren; und die Kalibrierungsfaktoren an die Stromkreisunterbrecherauslöseeinheiten zu übermitteln (440).
Computer (105) nach Anspruch 8, der ferner eingerichtet ist, um einen gestuften Startvorgang zu verwenden, um die Kalibrierungsfaktoren zu bestimmen, wobei der gestufte Startvorgang eine aufeinanderfolgende Bereitstellung von Strom für die Stromkreisunterbrecherauslösevorrichtungen (240) darstellt.
Computer (105) nach Anspruch 8 oder 9, der ferner eingerichtet ist, um die Kalibrierungsfaktoren unter Verwendung einer Regression nach dem Prinzip der kleinsten Quadrate während eines Erfassungsintervalls zu bestimmen.